香港城市大學(xué)副教授支春義(中)帶領(lǐng)李洪飛(左)、唐子杰(右)等博士生研究出一種水系鋅電池。圖為三人分別手持封裝后的鋅電池以及用來制造兩個(gè)電極的二氧化錳材料和鋅片。(圖片來自港媒)

20多年來，鋰電池在充電池市場(chǎng)上，堪稱一枝獨(dú)秀，但不能彎曲和不耐高溫、容易起火等安全隱憂，一直是鋰電池的弱點(diǎn)。據(jù)港媒報(bào)道，近期，香港城市大學(xué)師生研究出一種水系鋅電池，以柔軟和安全作賣點(diǎn)，有望在穿戴式電子產(chǎn)品等部分用途上，挑戰(zhàn)鋰電池的地位。

香港城市大學(xué)科學(xué)及工程學(xué)院副教授支春義說，以鋅為基礎(chǔ)的電池(以下簡(jiǎn)稱“鋅電池”)已有百年多歷史，是世界上第二種商業(yè)化的電池，只比鉛酸電池稍遲。不過，以往的鋅電池主要是一次使用。此外，以往的鋅電池的充放電性能一直不理想，充放電次數(shù)太少。直至3年多前，大學(xué)內(nèi)研究的水系鋅電池(其電解質(zhì)含水)，只可充放電100次至300次。

支春義和一批博士生在3年多前，開始研究水系鋅電池，初期遇到很多困難。兩年前，他們棄用強(qiáng)堿性電解質(zhì)，改用弱酸性電解質(zhì)，并將其中一個(gè)電極改用納米二氧化錳材料，取得重大突破，將充放電次數(shù)大增至1000次以上;而且在充放電1000次后，其儲(chǔ)電量仍然可以維持在最初的97%。

幾年前，軟性鋰電池仍未真正商業(yè)化生產(chǎn)，他們希望開發(fā)軟性水系鋅電池，以滿足市場(chǎng)應(yīng)用和需要，例如穿戴式電子產(chǎn)品等。由于水系鋅電池的電解質(zhì)原為液態(tài)，較難封裝和較易泄漏，所以他們加入“水凝膠”，令電解質(zhì)變成半固態(tài)，既可保持柔軟和可彎曲的特性，同時(shí)較容易封裝，萬一封裝出現(xiàn)破損，電解質(zhì)也不會(huì)泄漏。

此外，由于水系鋅電池的電解質(zhì)含水，所以其本質(zhì)就不易燃，比鋰電池的有機(jī)電解質(zhì)安全。經(jīng)過改良后，他們研發(fā)的水系鋅電池在極惡劣的工作環(huán)境中，如撞擊、切割、火燒、彎折等，也不會(huì)爆炸或起火，并能夠繼續(xù)提供穩(wěn)定的電源，安全程度大大提高。

支春義樂觀估計(jì)，他們研發(fā)的水系鋅電池，在穿戴式電子產(chǎn)品、智能服裝、醫(yī)學(xué)產(chǎn)品、美容產(chǎn)品、嬰兒用品、寵物用品、電子書閱讀器等市場(chǎng)潛力具大。應(yīng)用在計(jì)算機(jī)電池方面，也有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗灰兹嫉奶攸c(diǎn)，理論上，帶上飛機(jī)應(yīng)該不會(huì)有容量限制。

根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù)，目前全球已探明的鋰資源儲(chǔ)量合計(jì)超過5300萬噸，鋰儲(chǔ)量約1447萬噸。全球已探明鋅資源儲(chǔ)量約19億噸，鋅儲(chǔ)量約2.3億噸。因此，鋅的價(jià)格要比鋰更低廉。用來制成電池，以同一儲(chǔ)電量作比較，鋅電池成本會(huì)比鋰電池低。

支春義認(rèn)為，由于電動(dòng)車對(duì)續(xù)航力要求高，鋰電池能量密度較高，相信仍會(huì)在這個(gè)市場(chǎng)占優(yōu)勢(shì)。但考慮到鋰電池的安全性、成本以及鋰金屬在地球上的儲(chǔ)量等因素，他相信，鋰電池未來不太可能獨(dú)霸所有充電池市場(chǎng)。

參與研發(fā)工作的博士生李洪飛和唐子杰均認(rèn)為，鋰電池由1996年開始在移動(dòng)電話市場(chǎng)冒起，至今才不過20余年，在電動(dòng)車市場(chǎng)的歷史更短，所以鋰的產(chǎn)量暫時(shí)未有問題。但隨著部分國(guó)家限期要求汽車廠停產(chǎn)燃油車、全面轉(zhuǎn)為生產(chǎn)純電動(dòng)車，可能引致鋰產(chǎn)量不足和價(jià)格上升的問題。鋅儲(chǔ)量較多和成本較低，鋅電池未來的前景值得看好，相信一定可以在充電池市場(chǎng)上占據(jù)席位。

在2018年的“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)賽香港區(qū)選拔賽(香港大學(xué)生創(chuàng)新及創(chuàng)業(yè)大賽)中，他們的研究項(xiàng)目獲得能源化工組別二等獎(jiǎng)。現(xiàn)在，支春義和他帶領(lǐng)的10多名博士生正在計(jì)劃，在今年底或明年初小量試產(chǎn)他們研發(fā)的水系鋅電池，完全商品化則要到2020年中。